大直径嵌岩桩承载特性的现场试验分析

嵌岩桩是一种钢筋混凝土现场灌注桩,桩身弹性模量与岩石地基弹性模量相接近,当桩身嵌入岩层后,能牢固地结合成为共同受力的整体结构.通过现场试验(静载荷试验和动测试验)分析,得出嵌岩桩的承载特性:嵌岩灌注桩的荷载传递和破坏特性主要与长径比、覆盖土层性质、嵌岩段的岩性和成桩工艺有关;大部分嵌岩灌注桩属于摩擦型桩;嵌岩灌注桩的嵌岩部分具有较高的侧阻力和端阻力;嵌岩桩的侧阻力与桩土摩阻力都是桩的侧阻力,但二者破坏机制、分布规律完全不同,桩土摩阻力沿桩的深度方向是均匀分布,而嵌岩桩侧阻力则是典型的非线性分布.     

嵌岩桩嵌岩段的岩石极限侧阻力系数

嵌岩桩在岩土工程中已得到广泛应用,但如何准确计算嵌岩段桩的极限侧阻力仍是工程设计人员面临的重要课题。收集整理了不同时期、不同地区、不同岩石强度和不同嵌岩条件下开展的145个嵌岩桩竖向下压承载力试验成果,主要包括嵌岩段岩石类型及其单轴抗压强度、嵌岩桩的直径与嵌岩深度、嵌岩段桩的极限侧阻力等。定义嵌岩段桩的极限侧阻力和岩石单轴抗压强度的比值为嵌岩桩嵌岩段岩石极限侧阻力系数,分析了桩径、嵌岩深度、嵌岩深径比和岩石强度对嵌岩段极限侧阻力和岩石极限侧阻力系数的影响规律,建立了嵌岩段岩石极限侧阻力系数与岩石单轴抗压强度之间的拟合关系式,给出了不同可靠度水平下岩石侧极限阻力系数取值。     

嵌岩桩的极限端阻力发挥特性及其端阻力系数

嵌岩桩极限端阻力发挥特征及端阻力系数取值是岩土工程中嵌岩桩应用的重要研究课题之一。收集整理了不同地区学者在不同时期、不同岩石性质和不同嵌岩条件下开展的165个嵌岩桩端阻力试验成果,主要包括嵌岩段岩石类型及其天然单轴抗压强度、嵌岩直径与嵌岩深度、嵌岩桩极限端阻力等。定义嵌岩桩极限端阻力与岩石天然单轴抗压强度的比值为嵌岩桩端阻力系数,分析了桩径、嵌岩深度、嵌岩深径比和岩石强度对嵌岩桩极限端阻力和端阻力系数的影响规律,建立了嵌岩桩极限端阻力及端阻力系数与岩石单轴抗压强度之间的拟合关系式。     

嵌岩方桩竖向承载性状的有限元分析

在有限元分析的基础上,采用三维Mohr-Coulomb非线性弹塑性模型对嵌岩方桩垂直荷载作用下的承载性状做了较全面的探讨。计算结果表明,随着嵌岩深度的增加,嵌岩方桩的极限承载力也逐渐增加,当嵌岩深度超过h/B=3.0后,方桩的承载力变化不大。随着嵌岩桩岩石弹性模量和内摩擦角的增大,嵌岩方桩的极限承载力也随之增加。文中结论可为方形桩基工程的科研、设计和施工提供参考。     

嵌岩桩单桩竖向承载力计算方法的探讨

在实际工程中 ,由于工程地质勘察报告一般都提供中风化或微风化岩的桩端极端阻力标准值 ,而岩石饱和单轴抗压强度实验取样较少 ,且实验数据离散性大 ,因此设计人员进行嵌岩桩设计时 ,习惯上直接采用“地质报告”所提供的桩端阻力 ,按JGJ94 - 94规范中非嵌岩桩计算公式计算 ,甚至有的直接用GBJ7- 89规范端承桩的公式进行单桩竖向承载力计算。既造成浪费 ,也不利于勘察设计水平的提高。1　中风化花岗岩设计参数分析　　笔者采集了既有中风化花岗岩极限端阻力标准值 ,又有岩石饱和单轴抗压强度标准值的地质报告进行数据分析 ,见表 1。　　由…     

嵌岩桩承载力特点和嵌岩深度优化

电厂工程采用嵌入粉砂岩的灌注桩,结合试桩资料对软岩中嵌岩桩的端阻力和侧阻力进行了分析,嵌岩桩表现为端承摩擦桩的特性;并结合实例,根据桩的承载力特点,在保证安全可靠的前提下,对嵌岩深度进行了设计优化,取得了较好的技术经济效果。     

竖向荷载作用下嵌岩桩桩顶沉降分析

通过ANSYS建立了一个桩土(岩)接触面体系的三维有限元模型,模拟嵌岩桩的荷载—沉降曲线,通过改变嵌岩深度、桩身弹性模量、岩石强度分析其对嵌岩桩承载性状的影响。计算结果表明,随着嵌岩深度的增大,桩顶沉降减小,当嵌岩深度达到3D时,继续增大嵌岩深度对减小沉降作用不大。桩身弹性模量越大、岩石强度越强,桩顶沉降越小,但当桩身强度及岩石强度达到一定范围后,继续增大其强度对减小桩顶沉降并不明显,也不经济。     

用荷载传递法计算深长大直径嵌岩桩单桩沉降

考虑到嵌岩桩所处土层、岩层特点,采用双折线荷载传递函数,用荷载传递法导出深长大直径嵌岩桩单桩沉降计算的解析公式.利用导出的单桩沉降解析公式,根据所收集的35根南京地区深长大直径嵌岩桩试桩资料,采用非线性优化方法,进行了荷载传递函数参数的识别分析,得到了南京地区大直径嵌岩桩沉降计算荷载传递函数参数值,所导出的参数值可用于单桩沉降计算.     

嵌岩群桩基础间增补非嵌岩短桩的作用机理及荷载分配规律

结合实际工程案例,采用三维有限单元法研究了既有嵌岩长桩基础之间增补非嵌岩短桩的作用机理及荷载分配规律。采用PLAXIS 3D有限元软件,首先分析了单根嵌岩长桩的轴力随深度变化情况,并与试桩静载荷试验结果进行对比。在校验有限元模拟计算参数的合理性与准确性之后,建立长桩基础和长、短桩组合基础有限元模型,分析长桩基础和长、短桩组合基础的轴力变化规律,进一步探讨了嵌岩长桩与非嵌岩短桩之间的荷载分担规律及调控方法。研究表明,桩端嵌入深埋岩层中的钻孔灌注桩在开展单桩静载荷试验时呈现出摩擦桩性状,但在群桩共同作用时则凸显出端承桩性状。在嵌岩长桩之间增补非嵌岩短桩,能够有效减小长桩上部的轴力,但长桩中下部的轴力并未减小。长桩与短桩之间的荷载分配关系取决于二者刚度比值,根据实际需求确定长、短桩刚度比的目标区间并采取适当措施对长、短桩刚度比进行调节是长、短桩组合基础设计的关键。     

嵌岩桩单轴抗压强度和三维作用下桩端承载力

通过对软岩地区岩石的单轴试验得出的桩基承载力与在岩体中桩体受到三维应力的作用下得出的承载力对比研究,得出规范中规定的关于用单轴抗压强度计算嵌岩桩的承载力存在的问题,从而提出要根据地区和岩石的特点来确定嵌岩桩承载力的建议。     

嵌岩桩的承载特性与计算模式的认识

嵌岩桩是在端承桩的基础上发展起来的,在计算嵌岩桩承载力时,过去常忽略覆盖层的侧阻力,将嵌岩桩作为直接传递荷载给基岩的受压柱看待,荷载全部由桩端承担。本文通过对嵌岩桩的长径比大小、上覆土层特性、嵌岩段的岩性及成桩工艺(有无沉渣)等分析,得到嵌岩桩不一定是端承桩的概念,从而改变了人们对嵌岩桩承载特性的认识。即认为嵌岩桩的长度越长,长径比越大,上覆土层越硬、嵌岩深径比越大、嵌入岩体越深,嵌岩桩的承载性状越表现为摩擦型桩,而离端承桩也越来越远。并对现行的几种嵌岩桩承载力的计算模式进行了分析。     

基于桩–岩结构面特性的嵌岩桩荷载传递分析

 嵌岩桩的荷载传递特性主要取决于混凝土–岩石界面的剪切特性。基于桩–岩结构面剪胀及破坏机制,建立适于弱质岩石嵌岩桩侧摩阻力传递模型,求得破坏及弹性条件下桩侧摩阻力及桩身轴力的解析式,并由此推导出嵌岩桩的临界长度。基于所获得的解答,深入探讨桩侧摩阻力和桩身轴力随深度变化的分布规律,从理论上分析嵌岩桩桩径、桩–岩模量比、剪胀角对嵌岩桩荷载传递的影响,并提出有关设计建议。提出可近似考虑各因素综合影响系数h,可作为嵌岩桩承载性能的宏观控制指标。同等条件下,h值越大,嵌岩桩承载性能越好,能承受的极限荷载也越大。工程算例对比分析结果表明,理论计算与实测结果吻合较好,对嵌岩桩设计有一定参考价值。     

大直径嵌岩灌注桩承载性状的试验研究

通过对大直径嵌岩灌注桩的竖向、水平静载现场试验 ,并结合对其桩身的应变测试、低应变桩身完整性检测 ,分析了填土较厚区域大直径嵌岩灌注桩的承载力性状及其影响因素。试验结果表明 ,具有一定嵌岩深度的嵌岩灌注桩 ,桩顶竖向荷载主要由嵌岩段桩侧摩阻力承担 ,桩身强度是影响水平承载力的主要因素。     

基于Hoek-Brown准则嵌岩段桩–岩侧阻力修正计算方法

利用二维Hoek-Brown(2002)破坏准则为岩石破坏标准,基于“小孔扩张理论”模拟嵌岩段桩侧摩阻力的“剪切–滑移–膨胀”发挥机理,综合考虑了桩体单元受到桩径发生改变后由于岩体的径向约束作用而产生的法向应力,以及土、岩体由于重力的作用产生的竖向应力导致的桩体表面的水平向法向应力,对已有文献推导出来的桩侧极限摩阻力计算进行了修正,并通过算例分析讨论了桩身轴力、岩石强度模数、岩体抗拉强度系数、岩桩刚度比、桩径以及嵌岩比等因素对极限侧阻力的影响。结果表明：嵌岩段极限侧阻力随单桩轴力增大而增大;嵌岩段极限侧阻力与岩石强度模数和岩体抗拉强度系数相关;嵌岩段极限侧阻力与岩桩相对刚度呈正相关;桩径的增加,桩极限侧阻力减小;随嵌岩比增大,传递到桩端的荷载减小,嵌岩段极限侧阻力减小。     

嵌岩特性对嵌岩桩桩顶扭转振动阻抗的影响

考虑桩身截面和桩侧土性质的变化,建立了层状土中嵌岩桩的扭转振动计算模型和控制方程; 利用Laplace变换技术和阻抗递推技术,求得任意荷载作用下嵌岩桩桩顶扭转振动复阻抗,并通过与现有解对比验证了所得解析解的合理性。基于所得解析解,在桩基础动力设计关注的低频范围内讨论了嵌岩桩几何性质、桩底沉渣、岩体性质对桩顶扭转振动复阻抗的影响。结果表明:在扭转振动条件下,嵌岩桩存在一个临界嵌岩深度,临界嵌岩深度随着桩长径比的增大和嵌岩段岩体性质的提高而降低,这说明在工程设计时,并非嵌岩深度越深对整个桩土系统承载特性越有利; 临界嵌岩深度范围内,随着嵌岩深度的增加,桩顶扭转动刚度逐渐减小,动阻尼逐渐增大,超出此范围时,嵌岩深度对桩顶扭转振动阻抗基本上没有影响; 当嵌岩深度小于临界深度时,桩底沉渣的存在会使桩顶扭转动刚度降低,动阻尼增大; 当嵌岩深度超过临界深度时,桩底沉渣对桩顶扭转振动阻抗基本上没有影响; 桩径是影响桩顶扭转振动阻抗的主要因素。     

小直径超深嵌岩灌注桩侧阻力现场试验研究

主要针对小直径超深嵌岩灌注桩嵌岩段侧阻力进行分析研究。在单桩竖向静载荷试验中,在桩身分层预埋钢筋计和应变计,测读各级荷载作用下桩身内力值,对嵌岩段侧阻力的发挥机制进行分析。结果表明:桩身内力是由上至下逐渐开始发挥的,对于超深的嵌岩桩,桩端阻力发挥比例极小。桩身侧阻力随着荷载的增加不断地变化,上部侧摩阻力先发挥,并且在每级荷载作用下,桩侧摩阻力都有传递。受桩端岩层的影响,嵌岩段靠近桩端部分的侧阻力要高于远离桩端的侧阻力。嵌岩段侧摩阻力分布曲线整体呈双驼峰形,下部峰值高于上部峰值,且在桩顶荷载传递过程中,最大峰值有下移的趋势。     

大直径嵌岩灌注桩静载荷试验

为了满足现行国家规范和行业规范关于工程桩应进行单桩承载力检验的强制性条文规定,同时也为了探讨一种大直径嵌岩灌注桩省时、省力和低成本的检测方法,在锚桩抗拔承载力不足的情况下,结合工程现场条件和工程地质条件,通过增加工程桩桩身配筋和对桩底施加岩石锚杆,提高了单桩抗拔承载力。在此基础上设计了桩底岩石锚杆-锚桩-横梁反力装置,完成了24 000kN大吨位静载试验。通过工程实践,证明了该方法是一种行之有效的大直径嵌岩灌注桩竖向承载力检测方法。     

按桩顶沉降控制法确定水泥搅拌桩有效桩长

采用线弹塑性荷载传递函数 ,按桩顶沉降控制法确定水泥搅拌桩的有效桩长。分析了桩的刚度系数、桩端土持力层弹性模量与桩周土弹性模量之比值、桩侧极限位移、桩径及土的泊松比等因素对水泥搅拌桩有效桩长的影响。结果表明 ,除土的泊松比对水泥搅拌桩有效桩长的影响不明显外 ,其余因素均有一定或较大的影响 ,并与弹性理论法分析结论一致。在桩的刚度系数较大且整根桩都搅拌得较均匀而使得整根桩的强度较高的情况下 ,水泥搅拌桩有效桩长能超过 2 0m。